一种基于光纤光栅的多参量传感器、测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于光纤光栅的多参量传感器、测量方法及系统，该传感器包括：光纤，包括光纤纤芯和光纤包层，其中，光纤包层包裹光纤纤芯；光栅，均匀分布在光纤纤芯中；聚酰亚胺金属杂化涂层，涂覆包裹光纤包层；绝缘涂层，涂覆包裹聚酰亚胺金属杂化涂层。通过设置具有导电能力的聚酰亚胺金属杂化涂层，实现光纤温度的调整，温度变化会引起光栅波长偏移量，然后根据光栅的波长偏移量得到温度场分布，从而测量液体的液位，并且根据温度差测量流量，实现了同一设备测量出液位高度和流量两个变量。了同一设备测量出液位高度和流量两个变量。了同一设备测量出液位高度和流量两个变量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的多参量传感器、测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的多参量传感器、测量方法及系统。

技术介绍

[0002]在工业领域中，气液介质是重要的受控对象，例如：飞机油箱中的燃油液位高度及其分布，是实现飞机重心调整和平衡控制，计算油量规划航线航程的重要参数；输油气管线的流量等参数的监测，是实现管网和站场无人或少人智能管理的关键参数。而气液介质多数为燃油，化学物品，易燃易爆炸，因此，需要对其进行严格的监控。
[0003]当前，为了测量气液介质的液位高度和流量，需要将液位高度和流量两个变量分开进行测量，也就是说，需要两种设备进行测量，才能得到气液介质的液位高度和流量两个参数。
[0004]因此，现有技术在对气液介质的液位高度和流量进行测量的过程中，存在无法根据同一设备测量出液位高度和流量两个变量的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于光纤光栅的多参量传感器及其测量方法，能够根据同一设备同步测量出气液介质的液位高度和流量两个变量。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术提供一种基于光纤光栅的多参量传感器，包括：
[0007]光纤，包括光纤纤芯和光纤包层，其中，光纤包层包裹光纤纤芯；
[0008]光栅，均匀分布在光纤纤芯中；
[0009]聚酰亚胺金属杂化涂层，涂覆包裹光纤包层；
[0010]绝缘涂层，涂覆包裹聚酰亚胺金属杂化涂层。
[0011]为了实现上述目标，本专利技术还提供一种基于光纤光栅的多参量测量方法，包括：
[0012]剥离光纤两端处的绝缘涂层，露出聚酰亚胺金属杂化涂层，在露出的聚酰亚胺金属杂化涂层上加电源；
[0013]将基于光纤光栅的多参量传感器放置于待测液体中，获取波长偏移量；
[0014]根据波长偏移量，确定待测液体的液位和流量。
[0015]进一步地，将基于光纤光栅的多参量传感器放置于待测液体中，获取波长偏移量，包括：
[0016]将基于光纤光栅的多参量传感器放置于待测液体中，使得光纤的轴向方向与待测液体的液面方向垂直；
[0017]根据基于光纤光栅的多参量传感器获取到初始波长，调整电源的电流大小，对应地获取调整波长；
[0018]根据初始波长和调整波长，通过作差，获取波长偏移量。
[0019]进一步地，根据波长偏移量，确定待测液体的液位，包括：
[0020]根据波长偏移量，确定光纤的温度分布信息；
[0021]根据温度分布信息，确定光栅的温度突变位置；
[0022]根据温度突变位置，确定待测液体的液位。
[0023]进一步地，根据温度分布信息，确定光栅的温度突变位置，包括：
[0024]通过插值算法将温度分布信息进行连续化处理，得到连续的温度分布信息；
[0025]根据连续的温度分布信息，确定光栅的温度突变位置。
[0026]进一步地，根据波长偏移量，确定待测液体的流量，包括：
[0027]根据波长偏移量，确定光纤的温度变化值；
[0028]根据温度变化值，确定光纤的热量变化值；
[0029]根据波长偏移量及其对应的热量变化值，确定待测液体的流量。
[0030]进一步地，光栅采用波分复用方法阵列排布。
[0031]进一步地，聚酰亚胺金属杂化涂层包括聚酰亚胺聚合物、氯化钴和氯化锂。
[0032]进一步地，绝缘涂层包括丙烯酸酯。
[0033]为了实现上述目标，本专利技术还提供一种基于光纤光栅的多参量测量系统，包括如前文所述的基于光纤光栅的多参量传感器，或，如前文所述的基于光纤光栅的多参量测量方法。
[0034]采用上述技术方案的有益效果是：本专利技术提供一种基于光纤光栅的多参量传感器、测量方法及系统，该传感器包括：光纤，包括光纤纤芯和光纤包层，其中，光纤包层包裹光纤纤芯；光栅，均匀分布在光纤纤芯中；聚酰亚胺金属杂化涂层，涂覆包裹光纤包层；绝缘涂层，涂覆包裹聚酰亚胺金属杂化涂层。通过设置具有导电能力的聚酰亚胺金属杂化涂层，实现光纤温度的调整，温度变化会引起光栅波长偏移量，然后根据光栅的波长偏移量得到温度场分布，从而测量液体的液位，并且根据温度差测量流量，实现了同一设备测量出液位高度和流量两个变量。
附图说明
[0035]图1为本专利技术提供的基于光纤光栅的多参量传感器一实施例的结构示意图；
[0036]图2为本专利技术提供的基于光纤光栅的多参量测量方法一实施例的流程示意图；
[0037]图3为本专利技术提供的获取波长偏移量一实施例的流程示意图；
[0038]图4为本专利技术提供的确定待测液体的液位一实施例的流程示意图；
[0039]图5为本专利技术提供的确定待测液体的流量一实施例的流程示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。
[0041]在陈述实施例之前，先对光纤、光纤传感技术及聚酰亚胺进行阐述：
[0042]光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或场的加载，是一种优良的敏感元件；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。
[0043]光纤传感，包含对外界信号(被测量)的感知和传输两种功能，光纤传感技术具有抗电磁干扰、抗辐射、本质安全、远距离传输等优势。所谓感知(或敏感)，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度(功率)、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实时调制。所谓传输，是指光纤将受到外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信号(被测量)如何调制光纤中的光波参量的调制技术(或加载技术)及如何从被调制的光波中提取外界信号(被测量)的解调技术(或检测技术)。
[0044]聚酰亚胺是迄今已经产业化的聚合物材料中使用温度最高的品种之一，热稳定性高，强度和模量高，且聚酰亚胺金属杂化材料具有一定的导电性能，在众多金属元素中，以Ag，Pd，Co，Cu，Li，Sn等研究得较为深入，聚酰亚胺用这些元素掺杂后，体积电阻和表面电阻都显著降低，通电后电能转化成热量。目前，用于光纤涂敷材料较少，所以聚酰亚胺金属杂化涂敷材料在光纤传感领域有巨大潜力。
[0045]目前，为了测量气液介质的液位高度和流量，需要准备液位高度测量装置和流量测量装置两种测量仪器。因此，现有技术在对气液介质的液位高度和流量进行测量的过程中，存在无法根据同一设备测量出液位高度和流量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的多参量传感器，其特征在于，包括：光纤，包括光纤纤芯和光纤包层，其中，所述光纤包层包裹所述光纤纤芯；光栅，均匀分布在所述光纤纤芯中；聚酰亚胺金属杂化涂层，涂覆包裹所述光纤包层；绝缘涂层，涂覆包裹所述聚酰亚胺金属杂化涂层。2.一种基于权利要求1所述的基于光纤光栅的多参量传感器的基于光纤光栅的多参量测量方法，其特征在于，包括：剥离所述光纤两端处的所述绝缘涂层，露出所述聚酰亚胺金属杂化涂层，在露出的所述聚酰亚胺金属杂化涂层上加电源；将所述基于光纤光栅的多参量传感器放置于待测液体中，获取波长偏移量；根据所述波长偏移量，确定所述待测液体的液位和流量。3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的多参量测量方法，其特征在于，所述将所述基于光纤光栅的多参量传感器放置于待测液体中，获取波长偏移量，包括：将所述基于光纤光栅的多参量传感器放置于所述待测液体中，使得所述光纤的轴向方向与所述待测液体的液面方向垂直；根据所述基于光纤光栅的多参量传感器获取到初始波长，调整所述电源的电流大小，对应地获取调整波长；根据所述初始波长和所述调整波长，通过作差，获取波长偏移量。4.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的多参量测量方法，其特征在于，根据所述波长偏移量，确定所述待测液体的液位，包括：根据所述波长偏移量，确定所述光纤的温度分布信息；根据所述温度分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：范典，戢雅典，周次明，郭会勇，唐健冠，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：